上游泵送机械密封技术发展状况与趋势钱经纬(南京林业大学机电院江苏南京210037)摘要：上游泵送机械密封是一种具有环保、长寿命、低能耗、利用低压流体实现对高压流体密封的一项密封技术,它的典型特征是在一密封端面开有起上游泵送作用的浅槽,利用流体动压效应使得两密封端面被一完整的流体膜分开,这极大地改善了密封端面的润滑状态。应用前景将广阔。对上游泵送机械密封的研究国外开展较早，并且已生产出多类高性能产品，实际使用取得良好效果。国内研究较晚，但近年来已经成为研究热点，理论与实际应用发展较快。Pro/E、Fluent、CAD等软件已及有限元分析等方法是进行该类密封机理的研究以及结构参数的优化的热点之一。在机械密封环上低成本地开出所需形状及尺寸的上游泵送槽、根据密封工况,正确合理地设计出上游泵送机械密封的结构等是目前上游泵送机械密封技术发展趋势。关键字：上游泵送；机械密封；发展状况；发展趋势一引言机械密封是一种流体旋转机械的轴封装置,又称端面密封。传统的接触式机械密封是在补偿机构弹性力的作用下,使其充分贴合,以阻止密封介质从密封端面间泄漏。其动/静环组成的摩擦副一般处于边界摩擦或混合摩擦状态,在高参数工况(高温、高压、高速等)条件下,摩擦因数较大,功耗高,磨损严重,寿命短,使用和维护成本较高。随着航空航天、核电、天然气输送和石油化工等工业的迅速发展,对机械密封提出了更高的要求,从而推动了密封技术的进步。在各类机械密封中，上游泵送机械密封以其密封性能稳定可靠，磨损少，寿命长，能耗低等优点在机械密封中占有独特的优势，具有广阔的应用前景。其采用液体作为密封介质，是一种非接触式新型轴端密封。上游泵送机械密封产品已成功应用于工程实践，但无论国内或国外，对于上游泵送机械密封端面间的摩擦特性研究鲜见报到。文章从密封机理、特点、密封效果影响因素、研究及应用等几个方面阐述了上游泵送机械密封的研究现状、存在问题和发展趋势。二上游泵送机械密封的基本原理【1】上游泵送机械密封,简单说来,就是普通机械密封的端面由一具有低流量、高压力“端面泵”所代替,该“泵”把少量的隔离流体(bufferliquid)沿着密封端面输送到密封腔。该密封端面的“泵”效应通过在端面开各种流体动压槽来实现,最常见的是螺旋槽。由于密封腔的液体压力比隔离流体的压力高,而隔离流体的流向是从低压的隔离流体腔流向高压的密封腔,该密封就被称为向“上游”泵送。典型的上游泵送机械密封见图1,其螺旋槽端面结构见图2。图1所示的上游泵送机械密封由一内装式机械密封和装于外端的唇型密封所组成,机械密封端面含有螺旋槽,将隔离流体从密封压盖空腔泵送入泵腔。唇型密封作为隔离流体的屏障,将隔离流体限制在密封压盖腔内。图2为图1所示机械密封旋转环示意图,端面有螺旋槽,根据密封工况的不1同,其深度从2微米到十几微米不等。该端面内半径(R2i)处液体压力即为隔离流体系统压力,外径(Ro)处3液体压力即泵密封腔液体压力。上游泵送机构密封通过端面螺旋槽的作用,在密封端面间建立了正的膜压分布,此膜压的最大值(Pg)稍微超过被密封介质的压力(Po),两者之差(Pg-Po)构成了液体上游泵送的推动力。上游泵送机械密封端面间膜压分布示意图见图3,普通机构密封端面间膜压分布见图4。上游泵送机构密封,由于端面间正的膜压分布,使两端面稍微分离,以便将下游流体送入上游,结果端面间为100%的液膜,极大地改善了端面间润滑状况。上游泵送速率是此类密封的关键指标之一,它取决于密封的尺寸、转速、螺旋槽端面结构、压力和下游液体的粘度,一般为每分钟几毫升。低压隔离流体应与工艺介质相容,一般情况下为普通清水,1作者简介:钱经纬（1991—）,男,工学学士南京林业大学机电学院.23由于泵送速率很小,对产品的稀释问题通常可以不必考虑。三上游泵送机械密封技术的发展状况1.国外上游泵送机械密封技术的发展状况1981年JSedy受螺旋槽气体润滑密封技术成功应用的启发,将螺旋槽密封技术应用于液体介质的研究而获得了高压上游泵送密封专利技术[1],该技术可应用于苛刻的密封工况。1984年,JPNetzel在第三界国际泵讨论会上明确解释了上游泵送密封的概念:利用密封环端面开流体槽...